作業系統——第三章筆記（三）（含程序排程題目）
阿新 • • 發佈：2018-11-26
實時排程
1.什麼是實時系統？
○1指系統能夠在限定的響應時間內提供所需水平的服務。
○2指計算的正確性不僅取決於程式的邏輯正確性，也取決於結果產生的時間，如果系統的時間約束條件得不到滿足，將會發生系統出錯。
實時任務：具有明確時間約束的計算任務，有軟/硬，隨機/週期性之分。
硬實時任務：必須滿足任務對截止時間的要求
軟實時任務：聯絡著一個截止時間，但不嚴格，可偶爾錯過，不會對系統造成大的影響。
實時系統的任務往往帶有某種程度的緊迫性，因而實時系統的排程有某些特殊要求。
為此引入適合的實時排程演算法
為保證系統正常工作，排程應具備下列條件
2.實現實時排程的基本條件
1）提供必要的資訊
為了實現實時排程，系統應向排程程式提供有關任務的下述資訊：
就緒時間。該任務成為就緒狀態的時間。
開始截止時間、完成截止時間。
處理時間。從開始執行到完成所需時間。
資源要求。任務執行時所需的一組資源。
優先順序。根據任務性質賦予不同優先順序。
2）系統處理能力足夠強
處理能力不足可能會出現某些實時任務不能得到及時處理，導致難以預料的後果。
如：
系統中有M個週期性的硬實時任務，處理時間為Ci，週期時間表示為Pi,
單機系統中必須滿足條件
一個系統，6個硬實時任務，週期都是50ms，每次處理時間10ms。根據公式，系統是不可排程的。10*6/50
- 提高系統處理能力的方法
增強單機系統的處理能力
採用多處理機系統
此情況下需滿足∑（ Ci / Pi ）≤N，N為處理機數
3）採用搶佔式排程機制
硬實時任務：廣泛採用搶佔機制。
小的實時系統：如能預知任務的開始截止時間，為簡化排程程式和對任務排程時所花費的系統開銷，可採用非搶佔排程機制。
4）具有快速切換機制
- 對外部中斷的快速響應能力。
利用快速硬體中斷機構，可在緊迫的外部事件請求中及時響應。 - 快速的任務分派能力。
使系統中的執行功能單位適當的小，提高切換速度。類如執行緒的思想
3.實時排程演算法的分類
根據實時任務的性質
硬實時排程演算法
軟實時排程演算法
按排程方式
非搶佔排程演算法
搶佔排程演算法
根據排程時間不同
靜態排程演算法
動態排程演算法
多處理機環境下
集中式排程
分散式排程
1）非搶佔排程演算法
該演算法較簡單，用於一些小型實時系統或要求不太嚴格的實時系統中，又可分為：
○1非搶佔式輪轉排程演算法。常用於工業生產的群控系統中，要求不太嚴格。
○2非搶佔式優先排程演算法。要求相對嚴格，根據任務的優先順序安排等待位置。可用於有一定要求的實時控制系統中。（精心設定可獲得百ms級的響應時間）
2）搶佔式排程演算法
較嚴格的實時系統中（t約為數十ms），選擇採用搶佔式優先權排程演算法。根據搶佔發生時間可分為：
○1基於時鐘：某高優先順序任務到達後並不立即搶佔，而等下一個時鐘中斷時搶佔。
○2立即搶佔：一旦出現外部中斷，只要當前任務未處於臨界區，就立即搶佔處理機。
4.常用的幾種實時排程演算法
目前有許多實時排程演算法，在常用的演算法中簡單介紹兩種實時排程演算法：
○1最早截止時間優先EDF（Earliest Deadline First）演算法
根據任務的開始截止時間來確定任務的優先順序。截止時間越早，其優先順序越高。
系統保持一個實時任務就緒佇列
佇列按各任務截止時間的早晚排序
排程程式總是選擇就緒佇列中的第一個任務，分配處理機使之投入執行。
新任務產生時，是否等當前程式執行完：
搶佔式/非搶佔式
可能會使作業錯過，但可適用於軟實時系統
○2最低鬆弛度優先LLF（Least Laxity First）演算法
根據任務緊急（或鬆弛）的程度，來確定任務的優先順序。任務的緊急程度越高（鬆弛度值越小），優先順序就越高。
鬆弛度= 截止完成時間 – 還需執行時間 - 當前時間
可理解為當前時刻到開始截止時刻間的差距，隨著時間的推進，這個差值逐漸變小，任務越來越緊迫。
**多處理機系統中的排程
- 多處理器系統的型別
不同角度分類
1）緊密耦合MPS和鬆弛耦合MPS
2）對稱MPS和非對稱MPS - 程序分配方式
1）對稱MPS中的程序分配方式
1.靜態分配（Static Assignment）方式
2.動態分配（Dynamic Assignment）方式
2）非對稱MPS中的程序分配方式
OS的核心部分駐留在一臺主機上，而從機上只是使用者程式，程序排程只由主機執行。主機中保持有一個就緒佇列。
每當從機空閒時向主機發一索求程序訊號，然後等待主機分配程序。 - 程序（執行緒）排程方式
自排程（Self-Scheduling）方式
成組排程（Gang Scheduling）方式
專用處理器（Dedicated Processor Assignment）分配方式
補充程序排程題目：